Во время обжарки тепло передается кофейным зернам в ростере за счет теплопроводности, конвекции и излучения.
В барабанных жаровнях 70% тепла передается за счет конвекции и 30% за счет теплопроводности.
Теплопередача за счет теплопроводности (прикосновение)
Зеленые кофейные зерна сначала нагреваются за счет теплопроводности (прямого контакта) в обжарочных машинах с прямым нагревом, которые передают тепло непосредственно зернам, то есть тепло достигает зерен, когда они контактируют с горячими стенками барабана.
Внешний слой барабана нагревается горелкой, а входные отверстия для горячего воздуха в задней части барабана позволяют горячему воздуху контактировать с зелеными кофейными зернами.
Перед обжаркой внутренняя температура кофеварки должна достичь определенного уровня, предпочтительно выше 180 ° C.
Сразу после загрузки бобов в барабан тепло передается бобам за счет теплопроводности (прикосновения) в первые минуты.
После загрузки бобов уровень внутренней температуры начинает падать. Большая часть первичной теплопередачи происходит за счет конвекции.
Теплообмен за счет конвекции (отражения)
Горячие кофейные зерна, передающие собственное тепло другим зернам путем отражения, — это передача тепла путем конвекции.
Источник тепла не имеет прямого контакта с барабаном в барабанных жарочных аппаратах с горячим воздухом. Горячий воздух вырабатывается в отдельном нагревателе и нагревает бобы по мере их прохождения. Во время жарки температура поверхности барабана низкая.
В жаровнях с горячим воздухом большая часть тепла передается за счет конвекции.
Теплопередача и температура
По крайней мере, первые 2/3 процесса обжарки являются эндотермическими, то есть бобы поглощают энергию, а тепло перемещается снаружи внутрь бобов.
Изменение температуры (∆T) определяет коэффициент теплопередачи. Более высокое значение «∆T» изменяет тепло внутри зерна быстрее.
Значение «∆T» составляет примерно 50 ° C в начале обжарки. Это значение либо остается фиксированным, либо очень незначительно увеличивается, а затем уменьшается по мере продолжения цикла обжарки. Другими словами, внутренняя температура зерна увеличивается до тех пор, пока
в течение первых нескольких минут обжарки она выравнивается до внешней температуры зерна. Как правило, значение ∆T находится на верхнем уровне при быстром обжаривании и ниже при медленном обжаривании.
Тепло- и массообмен внутри фасоли
Во время цикла обжарки влага внутри зерна начинает испаряться из внешнего слоя, а испарение распространяется на внутренние слои по мере обжарки.
Целлюлозная матрица внутренней части зерна, которая холоднее внешней, остается неизменной и удерживает влагу в центре. Вода, попавшая в бобы, нагревается, превращается в пар, расширяется и заставляет бобы набухать за счет увеличения давления внутри.
Результаты измерений экспертов показывают, что внутреннее давление, варьирующееся от 5,4 атм до 25 атм, увеличивается настолько, чтобы разорвать целлюлозную матрицу бобов, и затем происходит первый хлопок. Центральное тепло зерна увеличивается, когда водяной пар под давлением и газ CO2 выходят из трещины.
Теплопередача и влажность
Во время жарки влага внутри барабана, а также зерна влияют на теплопередачу.
После первой задержки влага внутри барабана увеличивает эффект теплопередачи и ускоряет потерю влаги внутри бобов.
Однако внутренняя влажность бобов оказывает более сложное влияние на обжарку.
Три основных фактора воздействия высокой влажности на теплопередачу:
1. Высокая влажность ускоряет теплопередачу, так как увеличивает теплопроводность,
2. Высокая влажность увеличивает способность бобов поглощать (поглощать) тепло, в результате чего бобам требуется больше энергии для нагрева.
3. Высокая влажность обеспечивает более сильный отвод испаренной влаги из зерен, блокируя передачу тепла внутрь зерен.
Влажные бобы следует подвергать более высокому нагреву, а сухие — более низкому, поскольку влажные бобы, безусловно, нагреваются медленнее, чем сухие.
